浅析国内外桥梁钢发展与典型工艺技术应用_国内外桥梁发展史

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浅析国内外桥梁钢发展与典型工艺技术应用

点击次数：1 发表时间：2013-6-4 15:35:15 所属分类：工作学习

随着公路、铁路和跨海大桥的大规模发展及结构桥梁向全焊接结构和高参数方向发展，对桥梁钢的数量和质量要求越来越高，要求桥梁钢高强度，结构轻量化，具有优良的低温韧性、焊接性和耐蚀性，安全可靠、长寿等特点。桥梁的数量比任何一个国家至少多2-3倍，拱桥、梁桥、斜拉桥、种桥型的跨度打破了世界纪录，并还在超越。当前湖南省正计划建设洞庭湖二桥，桥型方案为2000mm跨度的悬索桥，建成后将突破世界纪录。跨海大桥的建设是国家综合实力的体现，近年来，中国跨海大桥的建设成果辉煌，从另一个侧面反映了中国桥梁建设的快速发展。建成的东海大桥、杭州湾大桥均为世界较大规模的桥梁工程。最近开工的港珠澳大桥、金门大桥必将享誉世界。

1、桥梁钢的发展

在世界范围内，桥梁用钢的历史，表现为一条“普碳钢→低合金钢→高强度钢→高性能钢”的发展轨迹。

1.1国外桥梁钢的发展

早在19世纪末，英国就研制出了相当于目前500MPa级的桥梁用钢，并率先在世界上建造了大跨度桥梁，欧洲为建立一套先进的高性能钢设计规范作出很多努力，并且纳入了欧洲规范。20世纪50年代，日本开始采用屈服强度为500MPa、600MPa级的高强度钢，在60年代中期开始采用600~800MPa级的高强度钢，70~90年代年港大桥、本四联络线则大量采用600~800MPa级的高强度钢，累计建造了数百座桥梁，日本的桥梁钢迅速发展，已开发出530~710MPa级的桥梁用HPS钢（高性能钢），以及300~530MPa级的可用于高腐蚀地区的一系列耐候桥梁用钢。美国较早就开始在桥梁工程中应用HSS（高强度钢）和耐候钢，如1977年建成的新河谷桥。1991年美国建议研发新的桥梁用钢种，其强度不低于345MPa，同时材料韧性和可焊性能更好地满足使用和制造要求，称之为HPS，1992年正式开始研发HPS，1994年生产出了试验用钢，1995年底确定了

HPS4858W的组成成分，随后完成了HPS345W和HPS690W的研发和使用。目前，采用HPS485W建成的钢桥超过了200座。在欧洲，桥梁用HSS的屈服强度在460~690MPa，在新的欧洲结构钢标准中，S460ML级钢（屈服强度在460MP），规定在-50℃下的夏比V型冲击功为57J，经过热处理的厚度为16mm的S960QL钢板，屈服强度可以达到690MPa。还有不同级别的耐候钢可以使用，屈服强度为235~355MPa。

除了英国、日本和美国外，在世界级大跨度桥梁钢中，法国、挪威、丹麦、巴西、巴拉圭、澳大利亚等桥梁的开发和使用水平都很高。

1.2国内桥梁钢的发展

在1949新中国成立之前，在长达6000多公里的长江江面上，由于技术、战乱等原因，几千年来从未建过一座桥梁。长江切断了纵贯南北的铁路、公路运输，火车、汽车、行人只能通过轮渡过江，交通十分不便。清末，邮传部开始拟定修建武汉长江大桥的计划，1919年，孙中山在《建国方略》中也提出“以桥或隧道联络武汉、汉口、汉阳为一市”的具体设想，1936年，茅以升也曾着手武汉长江大桥的规划，一直未能实现。新中国成立后，1957年，武汉长江大桥在苏联专家的指导下建成通车，使用的钢材是前苏联的A3钢，其屈服强度≥240MPa，主跨128m。1969年，中国自行设计施工的南京长江大桥建成通车，主跨达到160m，使用的钢材是鞍钢生产的16Mnq钢，其屈服强度≥320MPa。1995年建成的九江长江大桥，主跨达到216m，采用的是鞍钢研制生产的15MnVNq钢，其屈服强度≥412MPa（当板厚≤16mm时）。上世纪90年代初，着手进行芜湖长江大桥的建设，主跨达到321m，采用武钢生产的14MnNiq钢，在屈服强度保证在ReL≥370MPa的基础上，具有优异的40℃低温冲击韧性（芜湖长江大桥的标准要求40℃Akv≥120J），焊接性能大大提高，解决了板厚效应问题，可大批量供应32~50mm厚钢板，2000年竣工通车。2009年开始建设南京大胜关长江大桥，该桥是京沪高铁越江通道，为六线铁路桥梁，设计时速300km/h，主跨达到336m，采用了武钢开发的WNQ570钢，在12~68mm的钢板，均要求Rm≥570MPa，焊接强度≥570MPa，-40Akv可以达到48J以上。杭州湾跨海大桥采用武钢生产的管桩钢Q345C，规格范围为16~25mm之间，大部分为热轧卷板，并采用螺旋焊管形式，通航主桥的桥梁钢材质

为Q345D级别，规格为10~50mm之间，护栏用钢材质为Q345D/Q390D，规格为4~25mm之间，该桥的使用寿命要求100年以上，因此，桥梁钢的耐腐蚀性能成为设计者选材的重要考虑部分。

国内桥梁钢的发展大致经历了五代：

第一代：1957年，建设的武汉长江大桥是首座横跨长江大桥，主跨达到128m，使用的钢材是前苏联生产的A3钢。

第二代：1969年，中国自行设计施工的南京长江大桥建成通车，主跨达到160m，使用的钢材是鞍钢生产的16Mnq钢。

第三代：1995年建成的九江长江大桥，主跨达到216m，采用的是鞍钢研制生产的15MnVNq钢。

第四代：20世纪90年代初，着手进行芜湖长江大桥建设，为了解决钢板的低温韧性和焊接性等问题，大桥局和武钢联合开发了大跨度铁路桥梁用钢14MnNiq。

第五代：铁道部和武钢联合开发了国内第五代铁路桥梁用钢WNQ570钢，用于大胜关长江大桥的用钢。

除了上述典型的钢种外，还生产了其它品种的桥梁用钢。

2、典型钢铁公司工艺制造技术应用

从中国大型桥梁建设史上，先后有前苏联、鞍钢、武钢等钢铁公司承担着建桥的重任，其中鞍钢、武钢在中国建桥史上发挥了重要作用。

2.1鞍钢

鞍钢是中国最早在大型桥梁中承担建桥用钢的钢铁公司，为中国桥梁建设起到了排头兵和先锋作用，建设的大桥已经载入了中国的建桥史册。随着新时期桥梁建设的需要，鞍钢不断研制新的桥梁用钢。为了适应大跨度桥梁的主体承受较大的动、静载荷，长期暴露在露天环境，工作条件恶劣，使用寿命长等要求，要求高强度、焊接性能、低温韧性、高耐腐蚀性能等特点，2008年，鞍钢开发了高性能桥梁用钢HPS70W。

2.2武钢

武钢是继鞍钢建筑大型桥梁后的中国又一家重要的钢铁公司，建设的大桥也已经载入了中国的建桥史册。在建设芜湖长江大桥时，为了解决低温韧性和焊接性等问题，大桥局和武钢联合开发了大跨度铁路桥梁用钢14MnNiq，其主跨为321m，在2009年，天兴洲长江大桥的建设中也采用了14MnNiq，其主跨达到了504m。大胜关长江大桥采用了WNQ570钢，其主跨为336m。自加世纪90年代初以来，武钢桥梁钢累计供货约100万吨，应用于60余个国内外重大桥梁工程中。武钢已发展成为中国最大的桥梁专用钢研发生产基地，武钢桥梁专用板市场占有率达到了70%以上。

2.3首秦公司

桥梁钢是首秦公司开发的十大品种之一，2010年，高性能Q370qE-Z35桥梁钢已经具备批量生产能力。

2.4河南南阳汉冶特钢公司

目前国内外该类钢种的开发厚度基本在100mm以下，甚至50mm以下，厚度100mm以上的桥梁板国内外还未发现报道，GB/T714-2008的极限厚度也仅仅为100mm。河南南阳汉冶特钢公司为了满足客户需求，开发了典型的130mm特厚桥梁板Q345qD。

2.5华凌集团湘钢公司

为了给南京大胜关大桥提供桥梁钢，华凌集团湘钢公司研发了Q370qE桥梁钢。该钢种用于钢箱或型钢梁的焊接结构件，要求具有良好的综合机械性能、焊接性能以及低温变形能力。该钢种的设计原则：低碳、高锰、Nb微合金化，以保证钢板具有较高的强度和较高的低温冲击韧性。

2.6其它公司

除了上述典型公司开发桥梁钢外，安钢为黄河公路大桥、西藏大桥、杭州湾大桥、北京南站等工程开发了低成本100J低温冲击功Q370qE桥梁钢等钢种。鄂钢为湖北安庆长江大桥、铜陵长江大桥和琼海铁路大桥等试制了Q345q、Q370q桥梁钢等钢种，实物质量达到国内先进水平。舞钢为苏通大桥生产了Q345qD、Q337qD，用于制造大桥的根桩和钢箱梁等钢种。邯钢生产了Q420qC、Q345qD桥梁钢等钢种。还有一些公司也生产了一些桥梁钢。

3、结语

鞍钢是中国最早在大型桥梁中承担建桥用钢的钢铁公司，是中国桥梁建设排头兵和先锋，武钢是继鞍钢建筑大型桥梁后的中国又一家重要的钢铁公司，桥梁专用板市场占有率达到了70%以上，占据了很大的比例。其它相关公司也开发了多种桥梁钢产品，满足了中国桥梁工程需求，促进了该工艺技术水平的进一步提高。